第二章高层建筑结构体系与结构布置ppt课件

高层建筑结构设计 第二章高层建筑结构概念设计 第一节高层建筑结构体系 结构体系为结构抵抗外部作用的构件组成方式 框架结构体系剪力墙结构体系框架 剪力墙结构体系筒体结构体系巨型结构体系 框架结构体系 框架结构 框架结构体系是由梁 柱构件通过节点连接构成 优点 平面布置灵活 可以取得较大的使用空间 缺点 整体侧向刚度小 侧向变形大 框架结构 在水平力作用下 框架的侧移变形有两部分组成 梁柱弯曲变形使框架结构产生侧移 一般情况下 梁 柱都有反弯点 侧移曲线表现为剪切型 下部层间变形大 上部变形小 柱的轴向变形也使框架结构产生侧移 为弯曲形 上部层间变形大 两侧移以前者为主 因而框架结构的侧移曲线表现为剪切型 剪力墙结构体系 利用建筑物墙体承受竖向荷载 抵抗水平荷载 并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构 称为剪力墙结构体系 优点 整体性好 刚度大 抵抗侧向变形能力强 缺点 自重大 受楼板跨度的限制 一般为3 8m 剪力墙间距不能太大 建筑平面布置不够灵活 广州白云宾馆 33层 112 45米 剪力墙结构 1976年建成 国内首栋百米高层 剪力墙结构 在水平力作用下 剪力墙结构以弯曲变形为主 侧移曲线表现为弯曲型 即曲线向内凸 层间位移底部小 顶部大 由底部向顶部有逐渐增大的趋势 框架 剪力墙 筒体 结构 框架 剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系 这种结构体系具备了纯框架结构和纯剪力墙结构的优点 同时克服了纯框架结构抗侧移刚度小和纯剪力墙结构平面布置不够灵活的缺点 是一般高层建筑优先选择的体系 框架 筒体结构与框架 剪力墙结构并无本质上的区别 框架 筒体结构实际上就是在框架内的一定位置上 设置剪力墙内筒 框架剪力墙结构 框架结构在水平荷载作用下的侧向位移曲线呈剪切形 而剪力墙结构体系呈弯曲形 框剪结构由于梁和板的约束作用将两者结合在一起 协同工作 使得结构在底部层间位移大的框架将得到剪力墙的支持 而在顶部 层间位移小框架将给予剪力墙予支持 框架 剪力墙结构体系的变形曲线一般呈弯剪型 筒中筒结构 筒中筒结构体系是由内筒和外筒两个筒体组成的结构体系 内筒通常是由剪力墙围成的实腹筒 而外筒一般采用框筒或桁架筒 其中框筒是指由密柱深梁框架围成的筒体 桁架筒则是筒体的四壁采用桁架做成 筒体最主要的特点是它的空间受力性能 无论那一种筒体 在水平力的作用下都可以看成是固定于基础上的悬臂结构 比单片平面结构具有更大的抗侧移刚度和承载能力 因而适宜建造高度更高的超高层建筑 同时 由于筒体的对称性 筒体结构具有很好的抗扭刚度 a 实腹筒 b 框筒 c 桁架筒 d 筒中筒筒体结构类型 其它结构体系 西尔斯 Sears 大楼筒体变化图 多筒结构 悬挂结构 巨形框架结构 巨形桁架结构 刚性横梁或刚性桁架结构 第二节高层建筑结构概念设计 结构概念设计是运用理论知识和工程经验 运用人的思维和判断力 正确和全面地把握结构的整体性能 主要用于方案阶段及初步设计阶段 从宏观上 总体上和原则上去决策和确定结构设计中一些最基本 最本质也是最关键的问题 如确定结构方案 结构布置 构造措施 电算结果的判断等 2 1结构选型 有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径应避免因部分结构或构件破坏而导致丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力 这就要求结构应设计成超静定体系 即使在某些部位破坏也不会导致整个结构的失效应具备必要的抗震能力 良好的变形能力和消耗地震能量的能力对可能出现的薄弱部位 应采取措施提高抗震能力 结构的薄弱部位一般出现在刚度突变 如转换层 竖向有过大的内收或外突 材料强度发生突变等部位 这些部位都要采取措施进行加强 2 2最大适用高度和高宽比 钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级 超过A级高度的为B级 B级的高度和高宽比大 但抗震等级 计算和构造措施严 不宜超过B级 超过B级时 需专门审查 补充多方面计算分析 必要时结构试验 采取专门的加强构造措施 A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 m B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 m 房屋高度指室外地面至主要屋面高度 不包括局部突出屋面的电梯机房 水箱 构架等高度 例1 请确定房屋计算高度 条件 某高层建筑入右图所示 屋面上皮标高为 120m 屋面上有一高32m的尖塔和高10m的局部建筑 室内外高差1 2m 例2 请确定房屋计算高度 条件 一高层建筑入右图所示 共9层 首层层高4 2m 其他各层层高3 6m 首层楼面比室外地坪高出0 6m 屋面有局部突出的电梯机房层高3m 高宽比是对结构刚度 整体稳定 承载能力和经济合理性的宏观控制 A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大高宽比 在复杂体型的高层建筑中 如何计算高宽比是比较难以确定问题 一般场合 可按所考虑方向的最小投影宽度计算高度比 但对突出建筑物平面很小的局部结构 如楼梯间 电梯间等 一般不应包含在计算宽度内 对于不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况 应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法 对带有裙房的高层建筑 当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时 计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部分考虑 2 3平面布置 平面形状简单 规则 对称 刚度和承载力分布均匀 不应用严重不规则的平面形状建筑宜选用风作用效应较小的平面形状 1 平面 简单 指平面图内任意两点的连线不与边界相交 这种结构没有需做加强处理的凹角 2 防止凹凸不规则的要求平面长度不宜过长 突出部分长度 不宜过大 L 等值宜满足规范的要求 不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形 3 扭转不规则层间位移大于楼层两端水平位移平均值1 2倍 对以风荷载为主的抗侧力结构 宜使结构的抗侧中心尽可能地与风荷载的合力中心相接近 对以地震为主的抗侧力结构 宜将结构的刚度中心尽量地与房屋的质量中心相重合 结构平面布置应减少扭转的影响 在考虑偶然偏心影响的地震作用下 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移 A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1 2倍 不应大于该楼层平均值的1 5倍 B级高度高层建筑 混合结构高层建筑及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1 2倍 不应大于该楼层平均值的1 4倍 结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比 A级高度高层建筑不应大于0 9 B级高度高层建筑 混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0 85 4 楼板平面的不连续规则的平面 其楼面凹入或开洞尺寸不大于典型楼面宽度的50 开洞面积不大于该层楼面面积的30 洞口两侧的板宽不小于2m 洞两侧板宽之和不小于5m 以及不存在错层 艹字形 井字形等外伸长度较大的建筑 当中央部分楼 电梯间使楼板有较大削弱时 应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施 必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或连接板 楼板开大洞削弱后 宜采取以下构造措施予以加强 加厚洞口附近楼板 提高楼板的配筋率 采用双层双向配筋 或加配斜向钢筋 洞口边缘设置边梁 暗梁 在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋 抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑 混合结构高层建筑及复杂高层建筑 其平面布置应简单 规则 减少偏心 以风荷载为控制荷载的高层建筑 平面布置宜简单 对称 规则 并以选择风压较小的凸平面如圆形 椭圆形 正多边形 鼓形等为宜 2 4竖向布置 高层建筑的竖向体型 宜规则 均匀 避免有过大的外挑和内收 结构的侧向刚度宜下大上小逐渐均匀变化 不应采用竖向布置严重不规则的结构 抗震设计的高层建筑结构 其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70 或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80 不应小于其上一层受剪承载力的65 B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75 抗震设计时 结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通 结构顶层取消部分墙 柱形成空旷房间时 应进行弹性动力时程分析计算并采取有效构造措施高层建筑宜设地下室 同一结构单元不宜采用部分地下室 且地下室应有相同的埋深 抗震设计时 当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0 2时 应满足下列要求 2 4防震缝 伸缩缝和沉降缝 结构变形缝 防震缝设置原则当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置 使之成为较规则的结构时 宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元 防震缝最小宽度应符合要求 防震缝两侧结构体系不同时防震缝宽度应按不利的结构类型确定防震缝两侧的房屋高度不同时防震缝宽度应按较低的房屋高度确定 当相邻结构的基础存在较大沉降差时 宜增大防震缝的宽度防震缝宜沿房屋全高设置 地下室基础可不设防震缝 但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝 牛腿托梁防震缝 伸缩缝的设置原则 建筑平面尺寸较大的房屋 为了避免温度和收缩产生的危害 每隔一定距离设置一道伸缩缝 将房屋基础以上部分分成相互独立的单元 当采用下列构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时 可适当放宽伸缩缝的间距 1 顶层 底层 山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率2 顶层加强保温隔热措施 外墙设置外保温层3 施工中留有后浇带 施工过程中混凝土可自由收缩 每30 40m间距留出施工后浇带 带宽800 1000mm 钢筋采用搭接接头 后浇带混凝土宜在两个月后浇灌 4 顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝将结构划分为长度较短的区段5 采用收缩小的水泥 减少水泥用量 在混凝土中加入适宜的外加剂6 提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构 沉降缝设置原则高度差异或荷载差异较大处 不同结构体系或类型交界处 地基土性能差异较大处 基础底面标高差异或基础类型不一致处 解决不均匀沉降问题的其它措施采用端承桩或刚度很大的基础 抗 在设计和施工中采取措施 调整各部分沉降 减少其差异 调 通过采用不同基础形式调整土压力 调整施工顺序 采用不同的基底标高 2 4水平位移限值和舒适度要求 楼层层间最大位移与层高h之比的限值 楼层层间位移示意 高层建筑结构在罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算 层间弹塑性位移 2 4温度作用和对策 对超静定结构 温度变化 材料收缩 结构不均匀沉降会产生结构内力 抗 的原则 给结构提供完全约束 结构应力最大 变形为零 放 的原则 结构能自由变形 结构变形最大 应力为零 9 30层的建筑 适当设计 施工和选用材料 温度影响可忽略 30层以上的超高层建筑 必须考虑温度的影响 减小温差影响的综合技术措施 1 平面和立面设计要避免突变 2 降低结构的约束程度 减小约束应力 3 加强构造钢筋 4 结构局部提高配筋率5 优化混凝土级配 减小塌落度 后浇带方法施工 2 4高层建筑结构概念设计要点 建筑抗震概念设计的基本内容有三方面 1 重视建筑结构